电解规律

电解规律
【学习目标】
1、通过电解装置中离子或者电极的放电顺序，能正确地判断阴极和阳极，分析电解产物；
2、进行有关电化学的简单计算。

【要点梳理】
要点一、电解时电极产物的判断
1．阳极产物的判断。

首先看电极，如果是活性电极(除Au、Pt、石墨以外的材料作电极)，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。

如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要再看溶液中阴离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断。

阴离子放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根(SO42－、NO3－等)。

2．阴极产物的判断。

直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序：
Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+(H+浓度较大时)＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+(H+浓度较小时)＞Al3+＞Mg2+。

要点诠释：(1)离子的放电顺序主要取决于离子的本性，但还与其他的因素有关(如离子的浓度、溶液的酸碱性等)，如在电镀条件下Fe2+、Zn2+的放电顺序在H+之前。

(2)阳离子的放电顺序基本上与金属活动性顺序相反，即越活泼的金属，其阳离子越难结合电子，但需注意：Fe3+氧化性较强，排在Cu2+之前。

要点二、酸、碱、盐溶液电解规律
类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH 电解质溶液复原
电解水型阴：2H++2e－＝H2↑
阳：4OH－－4e－
＝2H2O+O2↑
NaOH 水增大增大水
H2SO4水增大减小水
Na2SO4水增大不变水
电解电解质型电解质电离出的阴、
阳离子分别在两极放
电
HCl 电解质减小增大氯化氢
CuCl2电解质减小——氯化铜
放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱
阳极：电解质阴离子
放电
NaCl 电解质和水生成新电解质增大氯化氢
放O2生酸型阴极：电解质阳离子
放电
阳极：H2O放O2生酸
CuSO4电解质和水生成新电解质增大氧化铜
并分为阴、阳离子两组，然后排出阴、阳离子的放电顺序，写出两极上的电极反应式，根据两极的电极反应式写出反应的总方程式。

(2)若阴极为H+放电，则阴极区c (OH－)增大；若阳极为OH－放电，则阳极区c (H+)增大；若阴、阳极同时有H+、OH－放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大。

(3)用惰性电极电解时，若使电解后的溶液恢复原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物的化合物，例如电解CuSO4溶液，发生反应
2CuSO4+2H2O电解2Cu+O2↑+2H2SO4，若使溶液恢复原状态，可向溶液中加入CuO，若加入Cu(OH)2(可拆写成CuO·H2O)会使溶液中水量增多，CuSO4溶液被稀释，其他如电解NaOH溶液——加H2O，电解食盐水——通入HCl气体等。

要点三、电化学计算的基本方法
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电量求产物的量与根据产物的量求电量等的计算。

不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：
1．根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等(或阴、阳两极得、失电子守恒)。

2．根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。

3．根据关系式计算：根据得失电子守恒定律关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。

要点诠释：电解的计算：首先正确书写电极反应式(要特别注意阳极材料)；注意溶液中多种离子共存时，要根据离子放电顺序确定离子放电的先后；最后根据得失电子守恒进行相关计算。

【典型例题】
类型一、电解质溶液的电解规律
例1 用惰性电极电解含有0.1mol CuCl2和0.1mol NaBr混合溶液，电路中共
0.4mol电子转移，分析其中电解过程。

【答案】阳极依次析出的物质为0.05 mol Br2、0.1 mol Cl2、0.025 mol O2
阴极依次析出的物质为0.1 mol Cu、0.1 mol H2
最终溶液为含0.1 mol NaOH的溶液。

【解析】解决电解问题的分析思路是：
(1)电解质溶液中的离子是什么?
考虑CuCl2、NaBr和水的电离，溶液中有阳离子Cu2+、Na+、H+，阴离子Cl-、Br-、OH-；
(2)通电后离子的移动方向是什么?
阳离子Cu2+、Na+、H+移向阴极，阴离子Cl-、Br-、OH-移向阳极；
(3)离子移动到电极后放电的顺序是什么?产物是什么?
根据阴离子放电顺序：Br-＞Cl-＞OH-，阳极产物依次是Br2、Cl2、O2；
根据阳离子放电顺序：Cu2+＞H+＞Na+(不放电)，阴极产物依次是Cu、H2；
(4)定量计算
阳极：2Br--2e-=Br20.1 mol Br-共转移0.1 mol e-生成0.05 mol Br2
2Cl--2e-=Cl20.2 mol Cl-共转移0.2 mol e-生成0.1 mol Cl2
4OH--4e-=O2+2H2O 0.1mol OH-共转移0.1 mol e-，生成0.025 mol O2
阴极：Cu2++2e-=Cu 0.1 mol Cu2+共转移0.2 mol e-生成0.1 mol Cu
2H++2e-=H20.2 mol H+共转移0.2 mol e-生成0.1 mol H2
最终溶液为含0.1 mol NaOH的溶液。

例2 某同学按右图所示的装置进行电解实验。

下列说法中正确的是( )
A．电解过程中，铜电极上有H2产生
B．电解初期，主反应方程式为Cu+H2SO4电解CuSO4+H2↑
C．电解一定时间后,石墨电极上有铜析出
D．整个电解过程中，H+的浓度不断增大
【思路点拨】考查电解池的原理，需要了解电极反应、总反应及电解过程。

铜连接电源的正极，所以做为电解池的阳极，本身会失电子生成铜离子。

反应初期溶液中氢离子在石墨电极放电生成氢气，当铜离子浓度达到一定程度后会继续在石墨电极放电生成铜单质。

【答案】B、C
【解析】本题主要考查电解的基本原理，由题目所给图示可知，活泼金属铜作阳极，发生反应：Cu－2e－＝Cu2+。

同时溶液中的H+在阴极石墨上发生反应：2H++2e－＝H2↑，总反应的化有方程式为Cu+H2SO4电解CuSO4+H2↑，所以A项不正确，B项正确，D项不正确；随着电解过程不断进行，溶液中的Cu2+浓度不断增大，一定时间后即当c (Cu2+)较大时，由于Cu2+的氧化性大于H+，故此时阴极发生反应：Cu2++2e－＝Cu，所以C项正确。

【总结升华】电解过程中溶液pH [或c (H+)]变化的判断方法有两种：一是利用电解类型进行判断，如H2SO4(aq)、NaOH(aq)的电解，实际上是电解水，因此pH分别减小和增大；二是直接利用电极反应进行判断，比较阴、阳两极析出产物的物质的量之比，既可通过电解化学方程式中的化学计量数作比较，亦可通过电子转移守恒关系作比较。

举一反三：
【变式1】利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。

LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。

(1)利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。

B极区电解液为________溶液(填化学式)，阳极电极反应式为_____，电解过程中Li+向_____电极迁移(填“A”或“B”)。

(2)利用钴渣[含Co(OH)3、F e(O H)3等]制备钴氧化物的工艺流程如下：
Co(OH)3溶解还原反应的离子方程式为____________________________________，铁渣中铁元素的化合价为___________，在空气中煅烧CoC2O4生成钴氧化物和CO2，测得充分煅烧后固体质量为2.41g，CO2的体积为1.344L(标准状况)，则钴氧化物的化学式为__________。

【答案】(1)LiOH；2Cl‾—2e‾=Cl2↑；B
(2)2Co(OH)3+4H++SO32‾=2Co2++SO42‾+5H2O；+3；Co3O4
【解析】(1)B极区生产H2，同时生成LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液；电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，根据放电顺序，阳极上Cl‾失去电子，则阳极电极反应式为：2Cl‾—2e‾=Cl2↑；根据电流方向，电解过程中Li+向B电极迁移。

(2)在酸性条件下，Co(OH)3首先与H+反应生成Co3+，Co3+具有氧化性，把SO32‾氧化为SO42‾，配平可得离子方程式：2Co(OH)3+4H++SO32‾=2Co2++SO42‾+5H2O；铁渣中铁元素的化合价应该为高价，为+3价；CO2的物质的量为：1.344L÷22.4L/mol=0.06mol，根据CoC2O4的组成可知Co元素物质的量为0.03mol，设钴氧化物的化学式为Co x O y，根据元素的质量比可得：59x：16y=0.03mol×59g/mol：(2.41g-0.03mol×59g/mol)，解得x：y=3:4，则钴氧化物的化学式为：Co3O4。

【变式2】用电解质溶液为氢氧化钾水溶液的氢氧燃料电池电解饱和硫酸钠溶液一段时间，假设电解时温度不变且用惰性电极，下列说法不正确的是
A．当电池负极消耗m g气体时，电解池阴极有m g气体生成
B．电解池的阳极反应式为：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑
C．反应后，电池中n(KOH)不变；电解池中溶液pH变大
D．电解后，c(Na2SO4)不变，且溶液中有晶体析出
【答案】C
类型二、电解的有关计算
例3 下图是一个化学过程的示意图。

(1)图中甲池是________装置(填“电解池”或“原电池”)，其中OH-移向______极(填“CH3OH”或“O2”)。

(2)写出通入CH3OH的电极的电极反应式③：__________________。

(3)向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液，附近变红的电极为④______极(填“A”或“B”)，并写出此电极的反应式：____________________________________________________。

(4)乙池中总反应的离子方程式为_______________________。

(5)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40 g时，乙池的pH是⑤____(若此时乙池中溶液的体积为500 mL)；此时丙池某电极析出1.60 g某金属，则丙中的某盐溶液可能是________(填序号)。

A．MgSO4B．CuSO4
C．NaCl D．AgNO3
关键信
信息分析与迁移
息
信息①甲池是甲醇燃料电池，丙池中都是惰性电极，乙池中有活泼电极
信息②在原电池中，阴离子移向负极，因为负极区域的阳离子增多
信息③书写燃料电池的负极反应式，一般采用总式减去正极反应式的方法
信息④乙池的Ag电极作阴极，故该池就是电解AgNO3溶液，而非电镀池
信息⑤根据各电极上通过电子的物质的量相等计算
3
(2)CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
(3)A4OH--4e-=O2↑+2H2O
(4)4Ag++2H2O电解4Ag+O2↑+4H+
(5)1B、D
【解析】(1)(2)分析图中装置，甲池是碱性条件下的甲醇燃料电池，用于发电，甲醇所在电极作负极，O2所在电极为正极，在碱性条件下甲醇的氧化产物为CO32-，由此写出电极反应式：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，原电池工作时溶液中的阴离子向负极移动。

(3)(4)碳电极(A极)与原电池装置中通入O2的电极相连，则作阳极，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，银电极(B极)与原电池装置中通入甲醇的电极相连，则作阴极，电极反应式为Ag++e-=Ag，电解过程的总反应式为4Ag++2H2O电解4Ag+O2↑+4H+，因此当向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液时，附近变红的电极为A电极。

(5)当乙池中B(Ag)电极的质量增加5.40 g时，即析出Ag的物质的量为0.05 mol，
则生成H +的物质的量为0.05 mol ，由此可得溶液的pH ＝1。

根据放电规律，本题首先排除选项A 和选项C 。

当乙池中B(Ag)电极的质量增加5.40 g 时，此时转移的电子数为0.05 mol ，当丙池中电极上析出1.60 g 金属铜时，正好转移0.05 mol 电子，因此选项B 正确。

当丙装置中为AgNO 3溶液，且AgNO 3溶液足量时，可知析出金属的质量也应为5.40 g ，若AgNO 3溶液不足时，析出金属的质量必小于5.40 g ，故选项D 也有可能。

【总结升华】电解计算的常用方法：
例4 右图是由莫菲滴管改装成的微型电解装置。

(1)若用该装置来电解含3mol NaCl 和1 mol H 2SO 4的混合溶液，已知a 、b
两极均为石墨。

当从导管口收集到44.8 L(标准状况下)氢气时，阳极生成的气体
及对应的物质的量________。

(2)若b 极是铜锌合金，a 极是纯铜，电解质溶液中含有足量的Cu 2+，通电
一段时间后，若b 极恰好全部溶解，此时a 极质量增加7.68 g ，溶液质量增加
0.03 g ，则合金中Cu 、Zn 的物质的量之比为________。

【思路点拨】石墨为惰性电极，当装置通电时，溶液中的离子放电；合金
做电解池的阳极时，合金中的成分金属放电，解题时注意利用差量法。

【答案】(1)1.5 mol Cl 2，0.25 mol O 2 (2)3∶1
【解析】(1)生成44.8 L H 2，转移4 mol 电子，则阳极将生成1.5 mol Cl 2和0.25 mol O 2。

(2)a 极增加7.68 g Cu ，其物质的量1
7.68g 0.12mol 64g mol n -==⋅，由得失电子守恒可知，b 极Cu 、Zn 的物质的量之和为0.12 mol ，溶液中部分Cu 2+变成Zn 2+，即：
Cu 2+ ～ Zn 2+ Δm
64 g 65 g 1 g
溶液质量增加0.03 g ，可知Zn 的物质的量为0.03 mol ，所以Cu 、Zn 的物质的量之比为0.09∶0.03，即3∶1。

【总结升华】有关电解的计算通常是求电解后某产物的物质的量、气体的体积、元素化合价及pH 等。

解答电解计算题的方法和依据为：
(1)正确写出电极反应式，电解总反应的化学方程式。

(2)阴、阳两极得失、电子守恒。

(3)若干电解池串联时，通过各电极的电量相等。

举一反三：
【变式1】在100 mL H 2SO 4和CuSO 4的混合溶液中，用石墨作电极电解，两极均收集到2.24 L 气体（标准状况下），则原混合溶液中Cu 2+的物质的量浓度为( )
A ．1 mol·L －1
B ．2 mo1·L －1
C ．3 mol·L －1
D ．4 mol·L －1
【答案】A
【变式2】以石墨电极电解200 mL CuSO4溶液，电解过程中电子转移物质的量n(e-)与产生气体体积V(g)(标准状)的关系如下图所示(忽略溶液体积的变化)。

下列说法中，正确的是( )
(1)电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为_____mol/L
(2)当n(e-)＝0.4 mol时，c(H+)为________ mol/L
(3)当n(e-)＝0.6 mol时，V(H2)∶V(O2)＝_________。

【答案】(1)1mol/L
(2)2mol/L
(3)2：3。